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[發(fā)明專利]相變薄膜、相變存儲單元及其制備方法及相變存儲器有效

專利信息
申請?zhí)枺?/td> 201811626077.4 申請日: 2018-12-28
公開(公告)號: CN109728162B 公開(公告)日: 2020-06-30
發(fā)明(設(shè)計)人: 宋志棠;鄭龍;宋三年 申請(專利權(quán))人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
主分類號: H01L45/00 分類號: H01L45/00
代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219 代理人: 佟婷婷
地址: 200050 *** 國省代碼: 上海;31
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摘要:
搜索關(guān)鍵詞: 相變 薄膜 存儲 單元 及其 制備 方法 存儲器
【說明書】:

發(fā)明提供一種相變薄膜、相變存儲單元及其制備方法及相變存儲器,相變薄膜包括:至少一層Ge?Sb?Te層;至少一層C層;至少一層界面層,界面層位于相鄰的Ge?Sb?Te層與C層之間并與二者相接觸,界面層的成分包括C摻雜的Ge?Sb?Te。本發(fā)明的界面層,通過誘導(dǎo)部分C原子擴散進入Ge?Sb?Te層納米層并取代Ge?Sb?Te層中的部分的Ge、Sb、Te元素,從而在界面形成有序、穩(wěn)定的C摻雜Ge?Sb?Te結(jié)構(gòu)。此外,體系仍然具有超晶格體系特點,從而可以基于其有效的調(diào)控得到的相變薄膜材料的相變性能,相變薄膜體系可調(diào)控出兩態(tài)或三態(tài)等的存儲特性,本發(fā)明所提供的超晶格結(jié)構(gòu)相變薄膜可應(yīng)用于相變存儲器中,具有結(jié)晶溫度可調(diào)、晶態(tài)電阻以及多態(tài)存儲等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于相變存儲技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種相變薄膜、相變存儲單元及其制備方法及相變存儲器。

背景技術(shù)

隨著計算機的普及和大數(shù)據(jù)時代的到來,存儲器在半導(dǎo)體市場占據(jù)了重要地位。存儲器的研究一直穩(wěn)步朝著高速、高密度、低功耗、高可靠性的方向發(fā)展。Ge-Sb-Te系材料,如Ge2Sb2Te5,是目前大家公認的研究最多、最為成熟的相變材料,極為符合商用存儲器的需求。

但是,Ge2Sb2Te5等目前仍然有許多問題亟待解決,如熔點過高、結(jié)晶溫度和晶態(tài)電阻較低以及難以實現(xiàn)多態(tài)存儲等,使得其數(shù)據(jù)穩(wěn)定性相對較差、存儲速率較慢、能耗較高,這些問題阻礙了其進一步的產(chǎn)業(yè)化。

因此,如何提供一種相變薄膜、相變存儲單元及其制備方法及相變存儲器以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題實屬必要。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點,本發(fā)明的目的在于提供一種相變薄膜、相變存儲單元及其制備方法及相變存儲器,用于解決現(xiàn)有技術(shù)中相變材料薄膜相變溫度、結(jié)晶溫度、晶態(tài)電阻以及阻態(tài)穩(wěn)定性等不理想以及難以實現(xiàn)多態(tài)存儲等問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的,本發(fā)明提供一種相變薄膜,所述相變薄膜包括:

至少一層Ge-Sb-Te層;

至少一層C層;以及

至少一層界面層,所述界面層位于相鄰的所述Ge-Sb-Te層與所述C層之間并與二者相接觸,且所述界面層的成分包括C摻雜的Ge-Sb-Te。

作為本發(fā)明的一種可選方案,所述相變薄膜包括設(shè)置至少兩層C層以及設(shè)置至少兩層Ge-Sb-Te層中的至少一種,且所述C層與所述Ge-Sb-Te層交替排布。

作為本發(fā)明的一種可選方案,所述C摻雜的Ge-Sb-Te中包括C-Ge鍵、C-Sb鍵以及C-Te鍵;所述Ge-Sb-Te層包括Ge2Sb2Te5層;所述相變薄膜在電脈沖作用下存在至少兩個穩(wěn)定的電阻態(tài)。

作為本發(fā)明的一種可選方案,所述界面層相對于所述Ge-Sb-Te層的相對厚度基于所述Ge-Sb-Te層和與所述Ge-Sb-Te層相接觸的所述界面層的厚度和與所述C層的厚度的比設(shè)置。

作為本發(fā)明的一種可選方案,所述C層的厚度介于0.2nm-2nm之間,所述Ge-Sb-Te層和與所述Ge-Sb-Te層相接觸的所述界面層的厚度之和介于5nm-15nm之間,所述相變薄膜的厚度小于200nm。

作為本發(fā)明的一種可選方案,所述C層的厚度小于等于1nm,且所述Ge-Sb-Te層和與所述Ge-Sb-Te層相接觸的所述界面層的厚度之和大于等于8nm,所述相變薄膜在電脈沖作用下存在兩個穩(wěn)定的電阻態(tài);或者,所述C層的厚度小于等于1nm,且所述Ge-Sb-Te層和與所述Ge-Sb-Te層相接觸的所述界面層的厚度之和小于8nm,所述相變薄膜在電脈沖作用下存在三個穩(wěn)定的電阻態(tài)。

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